CC BY
68
УДК 636.2.085.16
Интенсивная технология производства кормовой добавки на основе лактулозы с высокой бифидогенной
активностью
Куленко Владимир Георгиевич, кандидат технических наук, доцент e-mail: techoblab@molochnoe.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Шевчук Владимир Борисович, кандидат технических наук, доцент e-mail: Vshevchuk@list.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Фиалкова Евгения Александровна, доктор технических наук, профессор e-mail: techoblab@molochnoe.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Виноградова Юлия Владимировна, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологического оборудования e-mail: vinogradova_vgmha@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Кузин Андрей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, проректор по научной работе
e-mail: pronich@molochnoe.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Новикова Татьяна Валентиновна, доктор ветеринарных наук, профессор e-mail: parazitology@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Воеводина Юлия Александровна, кандидат ветеринарных наук, доцент
e-mail: yulkavo@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. В статье описан механизм действия пребиотиков, в частности лактулозы. Представлена технология получения сиропов лактулозы. Приведены результаты применения пребиотической добавки на основе лактулозы на порося-тах-отъемышах.
Ключевые слова: пребиотик, микрофлора кишечника, лактулоза, бифидо-бактерии, технология, кормовая добавка.
Здоровье организма животного во многом зависит от правильного и сбалансированного питания. Нарушение работы желудочно-кишечного тракта может повлечь серьезные, а порой и необратимые последствия. Широко распространенным расстройством ЖКТ является дисбактериоз - нарушение здоровой микрофлоры кишечника.
Как известно, бифидобактерии - это наиболее значимые представители нормальной микрофлоры кишечника. Они выполняют ряд важнейших функций. Основным свойством бифидобактерий является осуществление физиологической защиты от микробов, токсинов и условно патогенных микроорганизмов. Бифидобактерии способны синтезировать целый ряд аминокислот и белков, витамин К, пантотено-вую кислоту, витамины группы В [1, 2]. Введение в организм стимуляторов роста бифидобактерий, пребиотиков способствует оздоровлению микрофлоры кишечника.
Эффект пребиотиков заключается в следующем: они снижают рН содержимого толстого кишечника; снижают продукцию аммиака; активизируют иммунитет; снижают потенциал роста клостридий, кандид, листерий и др.; увеличивают всасывание Са из пищи на 40-60%; усиливают энергообеспечение и регенерацию эпителия толстой кишки [3]. В Японии пребиотики добавляются к формулам раннего вскармливания вот уже более 20 лет и только недавно стали официально вводиться в Европе [4]. У животных, если потомство не получит молозиво или молоко (естественные источники пребиотиков) в течение 12-24 ч после рождения, смертность достигает 25% [5].
Стимулирующим эффектом для роста бифидобактерий (бифидус-фактором) обладают различные вещества: биотин, пантотеновая кислота, цистеин, рибофлавин, аминосахара, олигосахариды и др. [6, 7].
В настоящее время в животноводстве все более широко используются различные биологически активные вещества, стимулирующие естественную резистентность организма животных. Во многом это связано с высоким уровнем падежа молодняка свиней и крупного рогатого скота, достигающего 25-30% в начальный период их жизни. В сложившейся ситуации трудно переоценить роль лактулозы - пребиотика, обладающего самым высоким пребиотическим индексом (IP) среди известных [8]. Лактулоза является синтетическим изомером лактозы, ди-сахаридом, его молекула состоит из остатков галактозы и фруктозы, соединенных в-гликозидной связью [9]. Механизм трансформации лактозы в лактулозу описы-
вается по разному: в слабощелочной среде глюкоза может трансформироваться во фруктозу по механизму LA-трансформации через енольную форму, а также перегруппировкой по Амадори с образованием промежуточного продукта лактозила-мина. Известен синтез лактулозы в растворах лактозы изомеразами микробного происхождения [10].
Лактулоза, попадая в организм, не расщепляется в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта по причине отсутствия необходимых ферментов. Данный пре-биотик проходит сразу же в толстый кишечник, после чего используется бифидо-бактериями в качестве питательной среды [11, 12, 13].
Интенсификация жизнедеятельности кисломолочных микроорганизмов в толстом отделе кишечника под действием лактулозы способствует:
- повышению степени усвояемости корма, недопереваренного в верхних отделах ЖКТ;
- повышению концентрации в просвете толстого кишечника органических кислот, витаминов, гормонов и других биологически активных веществ, необходимых организму;
- подавлению жизнедеятельности патогенной микрофлоры;
- переводу аммиака в неабсорбируемую слизистой оболочкой кишечника ионную форму;
- обеспечению обратной диффузии аммиака из крови в просвет толстого кишечника, что предотвращает аммиачное отравление организма.
В животноводстве благоприятное воздействие лактулозы на симбиотную микрофлору приводит к повышению иммунитета и физиологического статуса животных, а в конечном счете к увеличению привесов и снижению падежа.
Также весьма перспективным является применение пребиотических добавок на основе лактулозы для производства заквасок в молочном производстве и проби-отических препаратов для животных. Направленная стимуляция роста и активации бифидобактерий и лактобацилл позволят значительно ускорить изготовление как производственных заквасок, так и продуктов питания, получаемых сквашиванием чистыми культурами микроорганизмов, тем самым увеличивая эффективность и объемы производства выпускаемой продукции.
Несмотря на все вышеизложенное на пути внедрения существующей технологии производства лактулозы в промышленных масштабах в Российской Федерации, имеются существенные трудности, связанные с исключительно высокой трудоемкостью процесса производства.
Это подтверждается следующими фактами: в начале 2000-х в нашей стране было запущенно производство лактулозы на ООО «Фелицата Холдинг» и ООО «Ше-хонь-лактулоза», однако незначительность российского рынка привела к тому, что после запуска крупных производств лактулозы в Европе выгоднее стало импортировать продукцию в Российскую Федерацию. К 2005-му году ООО «Фелицата Холдинг» полностью отказалась от производства лактулозы и стала импортировать лактулозу в Россию. На предприятии из нее делают сиропы, таблетки и пищевые добавки, используемые как для розничной продажи, так и в качестве добавки при производстве продуктов питания. ООО «Шехонь-лактулоза» в настоящее время так же прекратило выпуск лактулозы.
Используемая в настоящее время импортная лактулоза сверхвысокой очистки при значительной стоимости обладает недостаточно высокими бифидогенными свойствами.
Высокая стоимость лактулозы обусловлена сложностью технологии ее получения. Классическая технология производства лактулозы включает значительное число технологических операций и применение сложного оборудования. Пример аппаратурного оформления производства лактулоза по классической схеме представлен на рисунке 1 [10].
Рисунок 1. Классическая технология производства лактулозы из молочного сахара. 1 — реактор; 2 — сепаратор; 3 — фильтр-пресс; 4 — насос; 5 — промежуточная емкость; 6 — электродиализная установка; 7— ионообменная установка; 8 — вакуум-выпарная установка; 9 — кристаллизатор-охладитель; 10 — центрифуга; 11 — бункер для кристаллов лактозы
Условные обозначения:
(1) — сахар-сырец; (2) — вода; (3) — раствор лактозы; (4)— белковая масса;
(5) — реагенты; (6) — адсорбенты; (7) — меласса; (8) — сахар-рафинад; (9) — раствор лактолактулозы; (10) — деминерализованный раствор; (11) — сироп лактолактулозы; (12) — кристаллы лактозы; (13) — сироп лактулозы
Нами предлагается альтернативная технология производства концентратов лактулозы из молочного сахара, позволяющая значительно сократить количество технологических операций, снизить себестоимость производства и получать концентраты высокого качества с содержанием сухих веществ не менее 50% и массовой долей лактулозы до 70% в сухом веществе. Для сравнения на рис. 2 представлена схема производства сиропа лактулозы из молочного сахара.
Разработанная технология кормовой добавки на основе лактулозы с высокой бифидогенной активностью основана на применении специально подобранного комплекса минеральных и органических веществ, обеспечивающая с одной стороны повышение степени изомеризации лактозы в лактулозу, с другой, исключающая необходимость удаления его из продукта, так как составляющие его компоненты в сочетании с лактулозой усиливают её пребиотический статус.
Рисунок 2. Схема производства сиропа лактулозы из молочного сахара (альтернативная технология)
Упрощение технологического процесса приводит к резкому сокращению производственных площадей, энергозатрат, а также финансовых затрат на оборудование. Легкость внедрения, компактность, низкие затраты на оборудование и управление могут стать доминирующим фактором для промышленного освоения данной технологии на российских предприятиях пищевой отрасли.
Анализ результатов применения лактулозы в животноводстве, проведенный по отечественным источникам, показывает, что использование ее в качестве пре-микса к кормам повышает рентабельность производства животноводческой продукции на 4-12% в зависимости от вида животных. Приведенные цифры обычно декларируются как результат научно-хозяйственных опытов с небольшим количеством опытных и контрольных животных. По данной причине в этих опытах не отражен в полной мере фактор падежа животных, учет которого резко меняет эти цифры в сторону улучшения.
Например, в свиноводстве, где падеж молодняка по данным различных авторов [14, 15] составляет от 9 до 18%, снижение его применением лактулозы до 5-10% может повысить рентабельность производства свинины на 20-25%. В настоящее время в России используется в основном импортная лактулоза. В составе различных БАДов она применяется в качестве как пищевой, так и кормовой добавок. В Вологодской ГМХА (г. Вологда) была разработана оригинальная отечественная технология лактулозы с бифидогенной активностью в 2-3 раза выше, чем у зарубежных аналогов. На ее основе была создана кормовая добавка.
Широкомасштабная проверка эффективности бифидогенной добавки была проведена в СПК АФ «Красная звезда» (Вологодская область) на опытном стаде поросят-отъемышей (880 голов) в сравнении с контрольным стадом (861 голова). Кормление животных в обеих группах осуществлялось по одинаковой схеме. Использование кормовой добавки в опытном стаде осуществлялось посредством подачи ее в воду для выпаивания поросятам из расчета 1 мл на 1 литр воды. Результаты применения добавки представлены в таблице.
Таблица. Динамика роста и сохранности поросят
Сохранность Падеж за пе- Средняя живая
Кол-во за период риод Живая масса на конец периода, кг Среднесуточный прирост массы, г
Группа поросят, шт Кол-во % Кол-во % масса 1 головы, кг
голов голов
Опытная 880 875 99,4 5 0,6 10357 359 11,8
Контрольная 861 852 98,9 9 1,1 7390 280 8,67
Валовой живой вес опытного стада на конец эксперимента составлял 10357 кг, контрольного - 7390 кг. Средний вес поросенка из опытного стада на 3,3 кг превосходил средний вес животного из контрольного стада (11,3 кг против 8,5 кг). Падеж в опытном стаде был на 44% ниже, чем в контрольном.
Своевременное использование лактулозы в кормлении поросят-отъемышей позволяет опередить заселение отдела толстого кишечника патогенной микрофлорой и тем самым обеспечить высокий иммунный и физиологический статус животного до конца жизненного цикла. Это особенно важно учитывать при формировании репродуктивного стада свиноматок и хряков, имеющих более длительный жизненный цикл. В качестве профилактики необходимо добавлять в корм животным бифидо-генную добавку за 2 недели до оплодотворения, а свиноматкам дополнительно еще 3 недели после оплодотворения. Такой подход, применяемый системно, позволяет увеличить выход здорового потомства на 15-20%.
Понимание принципа действия пребиотика лактулозы как фактора, избирательно стимулирующего жизнедеятельность защитной, симбионтной микрофлоры животного, в основном бифидобактерий, позволит ветеринарным специалистам лучше ориентироваться в предлагаемом на рынке перечне бифидогенных кормовых добавок. В этом плане разработанная авторами кормовая добавка выгодно отличается от предшественников тем, что наряду с лактулозой транзитную доставку в отдел толстого кишечника удалось обеспечить и для некоторых микроэлементов, чрезвычайно необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов. Именно поэтому бифидогенная активность кормовой добавки, разработанной в Вологодской ГМХА значительно выше, чем у аналогов. В настоящее время проводятся испытания разработанной пребиотической добавки на молодняке крупного рогатого скота.
Список литературы:
1. Захарова, Л.М. Галактоолигосахариды как фактор роста бифидобактерий / Л.М. Захарова, М.А. Захаренко, И.А. Еремина // Молочная промышленность. - 2010. - №1. - С. 53-54.
2. Ким, В.В. Физиологические свойства лактулозы / В.В. Ким, А.В. Серов, Д.В. Харитонов // Молочная промышленность. - 2006. - №6. - С. 54.
3. Gibson G.R.. Fuller R. Aspects of in vitro and In vivo research approaches directed toward identifying probiotics and prebiotics for human use. J Nutr 2000: 130(2) Suppl: 391S-395S.
4. Ghisolfi J. Dietary fibre and prebiotics in infant formulas. Proc Nutr Soc. 2003; 62(l):183-5.
5. Захаренко, С.М. Пробиотики, пребиотики, антибиотики: друзья или враги? / С.М. Захаренко, А.Н. Суворов // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. - 2010. №4. - С. 27-30.
6. Технология кормовых добавок нового поколения из вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, П.Г. Нестеренко и др. ; под редакцией А.Г.Храмцова. - М.: ДеЛи принт, 2006. - 288 с.
7. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки: учебное пособие / А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 587 с.
8. Леонидов, Д.С. Лактулоза: диапазон использования в пищевой промышленности / Д.С. Леонидов // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2011. - № 10. - С. 33-34.
9. Лактоза и ее производные / Б.М. Синельников, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, А.В. Серов; науч. ред. акад. РАСХН А.Г. Храмцов. — СПб.: Профессия, 2007. -768 с.
10. Технология молока и молочных продуктов / Г.Н. Крусь, А.Г. Храмцов, Э.В. Волокитина, С.В. Карпычев. - М.: Колос, 2006. - 455с.
11. Пономарёв, В.А. Бифидогенные концентраты с заданными функциональными свойствами / В.А. Пономарёв, А.Д. Лодыгин // Молочная промышленность. - 2010. - №1. - С. 64.
12. Пономарев, В.А. Разработка технологии пищевого пребиотического концентрата из вторичного молочного сырья: диссертация доктора технических наук: 05.18.04 / Пономарев Владислав Алексеевич. - Ставрополь, 2013. - 139 с.
13. Хорошевская, Л. Бад на основе пребиотика лактулозы / Л. Хорошевская, Т. Донцова, И. Горлов // Комбикорма. - 2011. - №2. - С. 85-86.
14. Влияние фармакологических стимуляторов на организм поросят-отъе-мышей / Н.В Шамсутдинова, М.А. Багманов, Н.В. Горшкова, А.Г. Хисамут-динов // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - 2015. - №1. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-farmakologicheskih-stimulyatorov-na-organizm-porosyat-otemyshey (дата обращения: 13.11.2018).
15. Токарев, И.Н. Интенсивность роста, конверсия корма и гематологические изменения у поросят-отъёмышей при скармливании им пробио-тика ветоспорин / И.Н. Токарев // Известия НВ АУК. - 2016. - №3 (43). - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/intensivnost-rosta-konversiya-korma-i-gematologicheskie-izmeneniya-u-porosyat-otyomyshey-pri-skarmlivanii-im-probiotika-vetosporin (дата обращения: 13.11.2018).
References:
1. Zakharova L.M., Zakharenko M.A., Eremina I.A. Galactooligosaccharides as a bifidobacteria growth factor. Molochnaya promyshlennost' [Dairy industry], 2010, no.1, pp. 53-54. (in Russian)
2. Kim V.V., Serov A.V., Kharitonov D.V. Physiological properties of lactulose. Molochnaya promyshlennost' [Dairy industry], 2006, no. 6, pp.54. (in Russian)
3. Gibson G.R., Fuller R. Aspects of in vitro and In vivo research approaches directed toward identifying probiotics and prebiotics for human use. J Nutr 2000: 130(2) Suppl: 391S-395S.
4. Ghisolfi J. Dietary fibre and prebiotics in infant formulas. Proc Nutr Soc. 2003; 62(l):183-5.
5. Zakharenko S.M., Suvorov A.N. Probiotics, prebiotics, antibiotics: friends or enemies. Gastroenterology of St. Petersburg [Gastroenterologiya Sankt-Peterburga], 2010, no. 4 p. 27-30. (in Russian)
6. Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Ryabtseva S.A., Nesterenko P.G. Tekhnologiya kormovykh dobavok novogo pokoleniya iz vtorichnogo molochnogo syr'ya [Technology of the new-generation feed additives from secondary dairy raw materials], Moscow, Delhi Print Publ., 2006. 288 p.
7. Khramtsov, A. G., Nesterenko P.G. Tekhnologiya produktov iz molochnoy syvorotki [Technology of milk whey products], Moscow, Delhi Print Publ., 2004. 587 p.
8. Leonidov D.S. Lactulose: Range of its use in food industry. Konditerskoe i khlebopekarnoe proizvodstvo [Confectionery and bakery production], 2011, no. 10, pp. 33-34. (in Russian)
9. Sinel'nikov B.M., Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Ryabtseva S.A., Serov A.V. Laktoza i ee proizvodnye [Lactose and its products], St. Petersburg, Profession Publ., 2007. 768 p.
10. Krus' G.N., Khramtsov A.G., Volokitina E.V., Karpychev S.V. Tekhnologiya moloka i molochnykh produktov [Technology of milk and milk products], Moscow, Kolos Publ., 2006. 455p.
11. Ponomarev V.A., Lodygin A.D. Bifidogenic concentrates with specified functional properties. Molochnaya promyshlennost' [Dairy industry], 2010, no.1, pp. 64. (in Russian)
12. Ponomarev V.A. Razrabotka tekhnologii pishchevogo prebioticheskogo kontsentrata iz vtorichnogo molochnogo syr'ya. Dokt.Diss. [Development of technology for food prebiotic concentrate from secondary milk raw materials. Doct. Diss]. Stavropol, 2013. 139 p.
13. Khoroshevskaya L., Dontsova T., Gorlov I. Nutritional supplement based on lactulose prebiotic. Kombikorma [Mixed feeds], 2011, no. 2, pp. 85-86. (in Russian)
14. Shamsutdinova N.V, Bagmanov M.A., Gorshkova N.V., Khisamutdinov A.G. Vliyanie farmakologicheskikh stimulyatorov na organizm porosyat-ot'emyshey [Effect of pharmacological stimulants on the weaned piglet organism]. Available at: https:// cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-farmakologicheskih-stimulyatorov-na-organizm-porosyat-otemyshey (accessed 13 November 2018).
15. Tokarev I.N. Intensivnost' rosta, konversiya korma i gematologicheskie izmeneniya u porosyat-ot'emyshey pri skarmlivanii im probiotika vetosporin [Growth rate, feed conversion rate and hematological changes in weaned piglets when feeding vetosporin probiotic]. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/intensivnost-rosta-konversiya-korma-i-gematologicheskie-izmeneniya-u-porosyat-otyomyshey-pri-skarmlivanii-im-probiotika-vetosporin (accessed: 13 November 2018).
Intensive production technology of a lactulose-based feed additive with high bifidogenic activity
Kulenko Vladimir Georgievich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor e-mail: techoblab@molochnoe.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Shevchuk Vladimir Borisovich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor e-mail: Vshevchuk@list.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Fialkova Evgeniya Aleksandrovna, Doctor of Science (Technics), Professor e-mail: techoblab@molochnoe.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Vinogradova Yulia Vladimirovna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor, Head of the Technological Equipment Chair e-mail: vinogradova_vgmha@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Kuzin Andrey Alekseevich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor, Research Vice-Rector
e-mail: pronich@molochnoe.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Novikova Tat'yana Valentinovna, Doctor of Science (Veterinary Medicine), Professor e-mail: parazitology@yandex.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Voevodina Yuliya Aleksandrovna, Candidate of Science (Veterinary Medicine), Associate Professor
e-mail: yulkavo@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Abstract. The article describes the prebiotic action mechanism, in particular lactulose. The article presents the production technology of lactulose syrups. The authors give the results of using the lactulose-based prebiotic additive with weaned piglets.
Keywords: prebiotic, intestinal microflora, lactulose, bifidobacteria, technology, feed additive.
